DE102006033088B3 - Verfahren zur automatischen Regelung der Helligkeit und/oder des Kontrastes von Bildschirmen oder Displays - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Regelung der Helligkeit und/oder des Kontrastes von Bildschirmen oder Displays in Abhängigkeit von der Umgebungsleuchtdichte unter Verwendung mindestens eines Fotosensors zum Messen der Umgebungsleuchtdichte, wobei der Sensor das Licht in eine der Umgebungsleuchtdichte proportionale Spannung umwandelt und eine fest verdrahtete Logik oder ein Mikroprozessor anhand des festgestellten Wertes Helligkeits- und/oder Konstraststeuergrößen zur Steuerung der Regelelemente für Helligkeit und/oder Kontrast in der Ansteuerschaltung für den Bildschirm oder das Display liefert.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Regelung der Helligkeit und/oder des Kontrastes von Bildschirmen oder Displays mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
• In der europäischen Offenlegungsschrift EP 0 700 218 A2 ist ein Bildkompensationssystem und ein Bildkompensationsverfahren für Videogeräte beschrieben, um eine optimale Bildqualität durch Bewertung der äußeren Umgebung und durch eine Aufbereitung eines Originalbildes mittels der bewerteten Umgebung zu erhalten. Ein Farbsensor erfasst die Farbe einer externen Beleuchtung im Bereich des Gerätes und stellt ein elektrisches Signal zur Verfügung, welches mit den Farbkomponenten der erfassten Farbe korrespondiert. Die Signale werden mittels eines Analog-Digital-Umsetzers in einen digitalen Wert umgesetzt. Ein Mikroprozessor bewertet den Typ der externen Beleuchtung auf Basis der digitalisierten Farbwerte und sucht nach einer geeigneten Bildkompensation auf Basis der bewerteten externen Beleuchtung.
• Aus dem US-Patent US 6,292,228 B1 ist ein Gerät und ein Verfahren für ein automatisches Einstellen eines Fernsehbildes auf einem Fernsehdisplay bekannt. Das vorliegende Gerät und die vorliegende Methode optimieren das Fernsehbild entsprechend individuell vorgegebenen Werten unter Berücksichtigung eines Helligkeits- und Temperatursatzes. Im Besonderen weist das Gerät einen Fotosensor zur Erfas sung der Umgebungsbeleuchtung und einen Mikroprozessor auf, welcher anhand der erfassten Daten das Fernsehbild unter Berücksichtigung der Benutzereinstellungen in entsprechender Weise anpasst.
• Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 27 19 086 A1 ist ein Farbfernsehempfänger mit einer von der Umfeld-Helligkeit abhängigen Verstärkung der Videoendstufen bekannt. Die Verstärkung mindestens einer Videoendstufe ist im Sinne einer Anpassung der Farbtemperatur des Bildschirmbildes an die Umweltfarben veränderbar. In den Rot-, Grün- und Blau-Verstärkerzügen sind lichtabhängige Widerstände enthalten, die die Verstärkung regeln und denen über jeweils zugeordnete Rot-, Grün- und Blau-Filter Umweltlicht zuführbar ist. Die Farbfilter und die lichtabhängigen Widerstände sind an oder in der Nähe der Rückwand des Farbfernsehgerätes angeordnet.
• Ein gattungsgemäßes Verfahren ist von einer Einrichtung zur Helligkeits- und/oder Kontrastregelung von Bildschirmgeräten aus der DE 42 17 594 A1 bekannt. Zur unabhängig von der Umgebungsleuchtdichte ergonomischen Steuerung der Helligkeit und des Kontrastes der Bildschirmschirmausgabe eines Bildschirmgerätes mit einem Bildschirm und einer Bildschirmsteuerung ist dabei vorgesehen, dass der Bildschirmsteuerung eine Steuermatrix vorgeschaltet ist, der eine lichtempfindliche Sensorschaltung für eine Umwandlung eines Umgebungsleuchtdichtewertes in einen elektrischen Leuchtdichtewert zugeordnet ist. Die Steuermatrix erzeugt je ein vom elektrischen Leuchtdichtewert der Sensorschaltung abhängiges Helligkeits- und Kontrastsignal für die Bildschirmsteuerung unter Berücksichtigung ergonomischer Faktoren.
• Aus der DE 199 08 116 A1 ist ein Verfahren zur automatischen Regelung der Helligkeit und des Kontrastes von Bildschirmen aller Art bekannt, bei dem die Leuchtkraft eines wiedergegebenen Bildes an die Lichtverhältnisse der Umgebung angepasst wird. Hierzu wird eine Helligkeits- und Kontrastregelung mit Hilfe von Informationen durchgeführt, die über eine Fotosensorik aufgenommen und in ei nem Softwareprogramm, das auch nutzerspezifisch parametrisierbar ist, verarbeitet werden. Die Software regelt das Ausgangssignal für Helligkeit und Kontrast. Bei den bekannten Lösungen wird allerdings der wesentliche Parameter, nämlich ob es sich bei der Beleuchtung um Kunstlicht oder Tageslicht handelt, nicht berücksichtigt. Tageslicht und Kunstlicht haben unterschiedliche Spektren. Der Bildschirm wird bei Tageslicht und bei Kunstlicht in der Regel aus unterschiedlichen Richtungen beleuchtet, z. B. fällt das Licht bei Tageslicht durch ein Fenster auf den Bildschirm oder in der Dunkelheit von einer Lampe oder die Lampe befindet sich hinter dem Bildschirm, wenn es sich um ein Fernsehgerät oder ein Monitorgerät zur Wiedergabe von Fernsehsignalen handelt. Selbst bei gleicher gemessener Raumhelligkeit kann dies dennoch zu unterschiedlichen Einstellungen von Kontrast und Helligkeit führen und auch diese Einstellungen notwendig machen.
• Die Informationsdarstellung erfolgt bei Bildschirmgeräten durch Darstellung von flächenhaften Bildelementen (Pixeln) unterschiedlicher Helligkeit bzw. Farbe. Das menschliche Auge kann dabei nur einzelne Bildpunkte wahrnehmen, welche sich von ihren unmittelbaren Nachbarpunkten in Helligkeit bzw. Farbe unterscheiden. Das Leuchtdichteverhältnis zwischen zwei benachbarten Bildelementen ist das Maß für den Helligkeitskontrast.
• Trotz konstanter Ansteuerung des Bildschirmgerätes ergibt sich für den Betrachter in Abhängigkeit von der Umgebungsleuchtdichte am Arbeitsplatz oder in einem Fernsehraum ein unterschiedlicher subjektiver Kontrasteindruck. Ein weiterer Effekt ist, dass mit zunehmender Umgebungsleuchtdichte die durch Reflektion an der Bildschirmfläche erzeugte Leuchtdichte zunimmt und sich Reflektions- und Emissionsleuchtdichte addieren. Das Ergebnis ist eine Helligkeitszunahme des gesamten Bildschirmes. Regeleinrichtungen geben die Möglichkeit, diesen Effekt auszugleichen. Keine der bekannten Lösungen ist jedoch darauf abgestellt, die unterschiedlichen Eindrücke durch Kunst- und Umgebungslicht zu berücksichtigen. Es wird immer die Leuchtdichte des Umgebungslichtes als solche als einheitliche Größe berücksichtigt. Untersuchungen haben gezeigt, dass die subjektiven Leuchtdichte- und Kontraständerungen bei Tageslicht und Kunstlicht unterschiedlich wahrgenommen werden. Die beschriebene Problematik stellt sich sowohl bei Bildschirmen, wie denen von Bildröhren, die mittels Kathodenstrahlablenkung die Bilder auf dem Bildschirm erzeugen, als auch bei Flachdisplaygeräten, nämlich LCD-Bildschirmgeräten oder Gasplasmabildschirmgeräten, deren einzelne Punkte individuell ansteuerbar sind.
• Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Helligkeits- und Kontraststeuerung von Bildschirmgeräten zu vereinfachen.
• Die Aufgabe löst die Erfindung durch Anwendung eines Verfahrens, wie es im Anspruch 1 angegeben ist. Die Leuchtdichten des Tageslichtes und des Kunstlichtes werden gesondert erfasst. Dies bedeutet nicht, dass hierfür gesonderte Messeinrichtungen notwendig sind, sondern dass durch geeignete technische Maßnahmen eine Selektion erfolgt und die Leuchtdichteanteile des Kunstlichtes und die des Tageslichtes erfasst werden. Das Verfahren nützt die Tatsache aus, dass das Leuchtdichtesignal des Tageslichtes nur mit niedrigen Frequenzen moduliert ist, z. B. durch Wolkenbewegung oder durch eine sich am Fenster vorbei bewegende Person. Kunstlicht hingegen, wie es in Räumen üblicherweise verwendet wird, ist in der Helligkeit mit der doppelten Netzfrequenz oder mit einer höheren Frequenz moduliert. Diese Helligkeitsschwankungen können erfasst und von den wesentlichen gleichstromförmigen Werten des Tageslichtes getrennt betrachtet werden. Zur Messung der Helligkeit wird beispielsweise ein Fotosensor eingesetzt. Der Sensor wandelt das Licht in eine dem Leuchtdichtesignal proportionale Spannung um. Die Hellig keitsschwankungen werden vom Fotosensor in elektrische Wechselspannungssignale gleicher Frequenz umgesetzt. Die Wechselspannungssignale werden detektiert und ausgewertet. Da dem Wechselspannungssignal ein Gleichspannungssignal überlagert ist, das von der Art der Beleuchtungsmittel (Leuchtstofflampen oder Glühlampen) und vom Anteil des Tageslichtes abhängt, ist (eine erfindungsgemäße Signalaufspaltung und -trennung bzw. eine Berücksichtigung der Gleichstromkomponenten in dem Wechselspannungssignal möglich.
• Zum Detektieren der Wechselspannung kann ein Bandpass oder ein Hochpass verwendet werden. Mit diesem können die Wechselspannungsanteile und die Gleichspannungsanteile voneinander selektiert betrachtet werden. Die Auswertung erfolgt zweckdienlicherweise mittels eines Mikroprozessors. Ein solcher kann aber auch durch eine fest verdrahtete Logik ersetzt sein.
• Das Verfahren sieht ferner eine Berücksichtigung der Bildschirm- oder Displayparameter vor. Die Bildschirmparameter für die Beleuchtung mit Kunstlicht können vom Benutzer eingestellt werden und die bei Tageslicht ebenfalls. Das Fernsehgerät legt die Parameter in einem Speicher ab, aus dem sie abhängig von den jeweiligen Beleuchtungsverhältnissen wieder aufgerufen werden können. Es ist aber auch möglich, die Parameter in festen Tabellen abzulegen und in Abhängigkeit von den gemessenen Werten sofort zur Anzeige zu bringen.
• Der Fotodetektor ist in einfacher Weise mit einem optischen Filter versehen, um Spektralanteile, die nicht im Kunstlicht vorhanden sind, zu dämpfen. Damit kann die Empfindlichkeit für die Kunstlichterkennung erhöht werden. Es können aber auch die gedämpften oder die mittels optischer Filter abgetrennten Spektralanteile ausgewertet werden.
• Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und dessen Weiterbildung wird nicht nur zwischen den beiden Zuständen „Beleuchtung mit Kunstlicht" und „Beleuchtung mit Tageslicht" unterschieden, sondern es werden durch Messung der vom Fotodetektor abgegebenen Gleich- und Wechselspannungsanteile die Lichtverhältnisse genauer analysiert, so dass zwischen mehr als zwei Beleuchtungszuständen (Kunstlicht oder Tageslicht) unterschieden werden kann.
• Vorteilhafte weitere Verfahrensschritte sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Beinhaltet das Displaygerät ein Lernprogramm, mittels dessen der Zuschauer aufgefordert wird, Helligkeits- und Kontrastwerte unter Berücksichtigung des Umgebungslichtes auf seine Bedürfnisse einzustellen, so ist in weiterer Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, dass dann, wenn die erfassten Messwerte der Leuchtdichten außerhalb eines schmalen Bereiches liegen, die Person erneut aufgefordert wird, eine für seine Betrachtung optimale Abstimmung vorzunehmen. Die Werte werden dann abgespeichert, so dass bei erneuter Messung innerhalb eines definierten schmalen Bereiches zu einem späteren Zeitpunkt automatisch der Wert für die Kontrast- und/oder Helligkeitseinstellung aufgerufen und die Ansteuerschaltung entsprechend gesteuert wird, damit bei jeder Leuchtdichteveränderung eine optimierte Einstellung erfolgt. Die optimalen subjektiv geprägten Werte können auch automatisch bei jeder Veränderung der Helligkeit oder des Kontrastes durch den Bediener erfasst und dem gegenwärtig gemessenen Umgebungslicht, und zwar dem Fremdlicht bzw. Kunstlicht und dem Tageslicht zugeordnet abgespeichert werden. Auch hierüber ist die Erstellung einer Liste möglich, ohne dass die Person eingreifen muss oder ein Lernprogramm zu bestimmten Einstellungen auffordert. Darüber hinaus ist es möglich, anhand von Erfahrungswerten Tabellen vorab zu speichern, so dass in Abhängigkeit der gemessenen Leuchtdichten des Kunstlichtes und des Tageslichtes unter Berück sichtigung von subjektiven Durchschnittswerten die Einstellung automatisch erfolgt. Bei der Festlegung der Einstellwerte können displayspezifische Aussteuerdaten mit herangezogen werden, so dass eine optimale Ausleuchtung der Bildpunkte auf dem Display bzw. einer Kathodenstrahlröhre erfolgt. Für die Erfassung oder Steuerung kann ein vorhandener Mikroprozessor des Gerätes verwendet werden, der die entsprechenden Steuergrößen für die Helligkeitssteuerschaltung und Kontraststeuerschaltung des Gerätes bereitstellt. Diese Voreinstellung kann auch unabhängig von sonstigen Regelkreisen zur Regelung des Kontrastes und der Helligkeit vorgesehen sein. Realisieren lässt sich die Schaltung auf einfache Weise durch Bandpass- oder Hochpassfilterung sowie im Bedarfsfall durch Tiefpassfilterung der von dem Fotosensor stammenden Signale, so dass die Wechselspannungsanteile und die Gleichstromanteile, die dem Tageslicht zuzuordnen sind, voneinander getrennt und gesondert der Auswertung zugeführt werden können.
• Eine Schaltung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren realisiert werden kann, ist in der einzigen Zeichnung als Blockschaltbild abgebildet. Das Licht fällt auf den Fotosensor 1 (siehe Pfeile). Dieser wandelt entsprechend der Leuchtdichten das Licht in eine elektrische Spannung um. Der Wechselspannungsanteil wird durch den Bandpass- oder Hochpass 2 abgetrennt und der Auswerteschaltung 3 zugeführt. Der Tiefpass 4, der eingezeichnet ist, ist optional vorgesehen. Er wird benötigt, wenn genauere Analysen der Beleuchtungsverhältnisse gewünscht sind, um den Gleichspannungsanteil auszufiltern und auszuwerten. Die Auswerteschaltung selbst steuert die Bildschirmparameter des Bildschirmgerätes 5, z. B. der Ansteuerschaltung der Pixeltreiber eines Displaygerätes oder der Ansteuerschaltung der Bildsignale für die Kathodenstrahlröhre. Das Licht ist durch die drei Pfeile charakterisiert. Durch die erfinderische Auslegung ist stets eine optimale Helligkeits- und Kontrasteinstellung gegeben.

Claims (6)

1. Verfahren zur automatischen Regelung der Helligkeit und/oder des Kontrastes von Bildschirmen oder Displays in Abhängigkeit von der Umgebungsleuchtdichte unter Verwendung mindestens eines Fotosensors zum Messen der Umgebungsleuchtdichte, wobei der Sensor das Licht in eine der Umgebungsleuchtdichte proportionale Spannung umwandelt und eine fest verdrahtete Logik oder ein Mikroprozessor anhand des festgestellten Wertes Helligkeits- und/oder Kontraststeuergrößen zur Steuerung von Regelelementen für Helligkeit und/oder Kontrast in einer Ansteuerschaltung für einen Bildschirm oder ein Display liefert, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Gleich- und Wechselspannungsanteile der von dem Sensor abgegebenen Spannung eine getrennte Erfassung der Leuchtdichten des Tageslichtes und des Kunstlichtes in der Umgebung erfolgt und dass in Abhängigkeit von diesen Werten von einem Mikroprozessor unter Anwendung bestimmter Algorithmen und unter Berücksichtigung von bildschirm- oder displayspezifischen Aussteuerdaten die eingestellte Helligkeit und/oder der eingestellte Kontrast verändert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Speicher Tabellen mit Einstellwerten für die Kontrast- und/oder Helligkeitseinstellung abgelegt sind, die jeweils bestimmten Messwerten der Leuchtdichte des Kunst- und/oder des Tageslichtes zugeordnet sind und innerhalb eines Messbereiches des Tageslichtes oder des Kunstlichtes anhand des Helligkeitswertes ausgewählt von einem Mikroprozessor zur Steuerung der Ansteuerschaltungen aufgerufen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fotodetektor mit einem optischen Filter versehen ist, das die Spektralanteile, die nicht im Kunstlicht vorhanden sind, dämpft, und die des Kunstlichtes durchlässt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mehr als zwei Beleuchtungszuständen unterschieden wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannungsanteile der vom Sensor abgegebenen Spannung durch einen Bandpass- oder Hochpassfilter abgetrennt und der Auswerteschaltung zugeführt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Tiefpassfilter zur Analyse der Beleuchtungsverhältnisse durch Ermittlung des Gleichspannungsanteils vorgesehen ist.